近年来,具有高品质因子(Q)和低模式体积(V)的回音壁模式微腔吸引了众多学者的研究兴趣。光学回音壁模式(Whispering Gallery Mode, WGM)是指在微腔内部,光以全反射的形式传播,使得光被约束在腔内并沿着赤道面绕行,当光程等于波长整数倍,即满足相位匹配条件时,会产生等间隔分立的共振模,这种电磁场模式被称作回音壁模式。回音壁模式微腔尺寸极小,腔体内部能量密度极高,并且制作过程简单方便,成本低廉,易于集成。基于以上这些特性,回音壁模式微腔作为重要的光学器件被应用于众多领域,例如非线性光学、腔量子电动力学、光学滤波器、高灵敏度传感器和低阈值激光器等。本文从理论和实验两个方面出发对基于回音壁模式的光学微腔进行了研究探索。具体的研究内容包括以下几个方面：首先,回顾了近些年来回音壁模式光学微腔的研究背景和研究进展,并结合具体实例简单介绍了回音壁模式光学微腔的应用情况。其次,介绍回音壁模式光学微腔和锥形光纤的模式理论基础。通过结合Maxwell方程和球微腔的边界条件,对球微腔中的模式分布进行分析,并对球微腔的基本特性进行了简要介绍；采用商业软件COMSOL Multiphysics提供的有限元数值分析方法对球微腔中的模式进行数值模拟,得到了球微腔内赤道面上回音壁模式的分布情况。利用光射线法对锥形光纤的模式特性进行了简单探讨,并使用COMSOL Multiphysics软件对不同纤芯直径的光纤横截面上的光场分布进行仿真模拟,得到其光场分布。将锥形光纤与球微腔耦合系统作为整体,对其耦合理论基础进行了分析。然后,搭建了使用氢气火焰加热法制备锥形光纤的实验系统,制备出实验需要的、直径在微米量级的锥形光纤。设计了高温熔融冷却法制备球微腔的实验系统,使用二氧化碳激光器加热熔融单锥光纤,制备出不同直径(约60 μm-125μm)的球微腔。使用宽带光源,光谱分析仪和CCD监控装置搭建了锥形光纤与光学微腔耦合系统,测量球微腔的品质因子。利用球微腔与锥形光纤耦合系统实现了基于球微腔与锥形光纤耦合系统的掺铒光纤激光器,实验中使用掺铒光纤作为增益介质,球微腔作为滤波器和反射镜使用,与锥形光纤进行耦合,使用980nmm激光二极管作为泵浦源,实现波长为1563.95 nm的激光输出,该激光器的阈值为42.86mW,最大输出功率为0.1 mW。最后,使用氢气火焰加热法制备锥形光纤的实验系统制备出直径渐变的圆柱形微腔。对锥形光纤与圆柱形微腔耦合系统进行测试,得到圆柱形微腔的品质因子。使用直径渐变圆柱形微腔(直径约为21μm-38.7μm),实现了基于直径渐变圆柱形微腔的可调谐滤波器。实验中圆柱形微腔的位移为60,um,得到共振波长移动量为178.8nm,共振波长对位移量的变化关系为2.98nm/μm。